温度差の二乗に比例する非線形熱電効果の実証に成功：研究開発の最前線

東京大学は、温度差の二乗に比例する非線形熱電効果の実証に成功した。物質中の空間的、時間的なミクロスケールの温度変動（温度揺らぎ）を発電に利用する環境発電素子の動作原理として注目される。

[MONOist]

　東京大学は2024年8月27日、温度差の二乗に比例する非線形熱電効果の実証に成功したと発表した。同効果は温度揺らぎを活用できる現象のため、今後、温度揺らぎを用いたセンサーや環境発電素子の動作原理となることが期待される。

非線形熱電効果の模式図 出所：東京大学

　研究では、磁性体Y₃Fe₅O₁₂上に第二種超伝導体モリブデンゲルマニウム（MoGe）の薄膜を作製し、2つのヒーターで試料の面直方向に温度勾配を与え、ボルテックスと呼ばれる磁気欠陥に起因するMoGe面内方向の電圧を測定した。その結果、ボルテックスの運動が非線形になる特定の磁場領域で、入力温度勾配の二乗に比例する非線形電圧ピークを観測。観測した電圧の温度勾配相対位相依存性が、理論的に予想される位相依存性と同じ特徴を示すことが明らかとなった。

非線形熱電効果とその測定系の模式図［クリックで拡大］ 出所：東京大学

MoGeに温度勾配を印加した際の非線形電圧の測定結果［クリックで拡大］ 出所：東京大学

　温度勾配に比例して変化する線形な熱電効果に対し、温度勾配の二乗に比例する非線形な熱電効果は、温度勾配が反転しても電圧符号が反転しない。物質中の空間的、時間的なミクロスケールの温度変動（温度揺らぎ）を発電に利用する環境発電素子の動作原理として注目される。

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